DE19654329A1 - Schaltungsanordnung zur störungsfreien Auswertung von Signalen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur störungsfreien Auswertung von Signalen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung zur störungsfreien Auswertung von Signalen, insbesondere von Ausgangssignalen von Klopfsensoren, nach der Gattung des Hauptanspruchs
Stand der Technik
Es ist bekannt, Signale, die beispielsweise von einem Sensor zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet werden, mit Hilfe einer geschirmten Leitung zwischen dem Sensor und der Auswerteeinheit zu übertragen. Die Schirmung schützt die Signalübertragung vor Störungen und Verfälschungen des Signales. Die Schirmung einer Leitung ist jedoch relativ kostenaufwendig und gibt dennoch keine Garantie dafür, daß das Signal nicht doch verfälscht wird.
Es wird deshalb in der DE-OS 42 22 475 eine Anordnung zum Ausblenden von Störsignalen auf Signalleitungen vorgeschlagen, die gewährleistet, daß ein störungsfreies Originalsignal ausgewertet werden kann. Bei dieser bekannten Anordnung wird die Übertragung eines Originalsignales in einer ersten Signalleitung und eines invertierten bzw. differenzierten Originalsignales in einer zweiten Signalleitung vorgenommen. Das zuvor invertierte bzw. differenzierte Signal wird am Ende der Signalleitung nochmals invertiert bzw. es wird integriert. Anschließend wird dieses Signal mit dem unverändert übertragenen Signal in einem Und-Gatter verknüpft, wodurch am Ausgang des Und-Gatters ein störungsfreies Originalsignal erhalten wird. Wird im Kabel zwischen dem Sensor und der Auswerteanordnung zusätzlich ein Massekabel mitgeführt, läßt sich durch den Einbau von Zenerdioden zwischen den Signalleitungen und Masse ein Überspannungsschutz erreichen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur störungsfreien Auswertung von Signalen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine kostengünstige und dennoch störsichere Signalauswertung erfolgen kann, bei der Gleichtaktstörungen weitgehend vermieden werden. Erzielt wird dieser Vorteil, indem die Signalauswerteschaltung in differentieller Schaltungstechnik aufgebaut wird unter Verwendung einer "switched-capacitor-Technik". Besonders vorteilhaft ist, daß der Betriebsmodus der Auswerteschaltung sowohl symmetrisch als auch unsymmetrisch gewählt werden kann, daß also die Sensoren, deren Ausgangssignale ausgewertet werden sollen, so an die Auswerteschaltung anschließbar sind, daß im unsymmetrischen Betriebsmodus ein Anschluß mit Massebezug möglich ist und bei symmetrischem Betriebsmodus ein potentialfreier Anschluß möglich ist. Durch die vorteilhafte Auswahlmöglichkeit des Betriebsmodus kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowohl mit konventionellen Sensoren, beispielsweise konventionellen Klopfsensoren mit geschirmten Anschlußleitungen als auch mit Sensoren mit ungeschirmten (twisted-pair-)Leitungen betrieben werden. Diese Kombination der Schaltungsanordnung mit Sensoren, beispielsweise Klopfsensoren mit ungeschirmten Leitungen, ist eine vorteilhafte Lösung, die eine kostengünstige und dennoch störsichere Realisierung eines Klopfauswertesystemes ermöglicht.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird erzielt durch die Möglichkeit, den Betriebsmodus von außen festzulegen. Diese Festlegung kann beispielsweise über einen programmierbaren Steuerpin erfolgen. Es ist somit möglich, die Auswerteschaltung von außen an die gewünschten Erfordernisse, d. h. für symmetrischen Betriebsmodus oder unsymmetrischen Betriebsmodus anzupassen, wodurch beispielsweise bei vier Signaleingängen entweder vier Sensoren unsymmetrisch, d. h. mit Massebezug oder zwei Sensoren symmetrisch, d. h. potentialfrei anschließbar sind.
Die weiteren Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen erzielt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Ausgangssignale eines Klopfsensors K1 ausgewertet werden sollen. Der Klopfsensor K1 weist zwei Anschlußklemmen A1, A2 auf, über die der Klopfsensor K1 mit der Signalaufbereitungsschaltung S in Verbindung steht. Zwischen dem Klopfsensor K1 und der Signalaufbereitungsschaltung S liegt ein passives Ankoppelnetzwerk. Dieses passive Ankoppelnetzwerk umfaßt einen Kondensator CL, der zwischen den Anschlußklemmen A1, A2 des Klopfsensors K1 liegt sowie zwei parallelgeschaltete Kondensatoren C1a und C2a. Zwischen diesen beiden Kondensatoren liegen die Widerstände R1b und R2b. Der Kondensator C1a ist weiterhin über einen Widerstand R1a mit dem Eingang E1 und der Kondensator C2a ist über den Widerstand R2a mit dem Eingang E2 der Signalaufbereitungsschaltung S verbunden. Die Verbindung zwischen den beiden Widerständen R1b und R2b führt auf einen Referenzspannungseingang, an dem die Spannung Ur anliegt.
Die Signalaufbereitungsschaltung S umfaßt einen differentiellen Eingangsverstärker V, der mit den beiden Eingängen E1 und E2 in Verbindung steht. Dem Verstärker V sind nicht dargestellte Signalaufbereitungsstufen nachgeschaltet, die beispielsweise wenigstens einen Bandpaß und/oder einen Gleichrichter und/oder einen Integrator umfassen und beispielsweise ebenfalls in differentieller Schaltungstechnik ausgelegt sind.
An diese Signalaufbereitungsstufen schließt sich eine Ausgangsstufe A an, die das Differenzsignal in ein unsymmetrisches Signal mit Massebezug wandeln kann und dieses über einen Analog-/Digital-Wandler eines Mikrocomputers µc zur weiteren Auswertung zur Verfügung stellt.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ungeschirmt ausgeführten Anschlüsse eines Klopfsensors K1 beispielsweise über verdrillte Leitungen potentialfrei an die beiden Eingänge E1, E2 der Signalaufbereitungsschaltung S angeschlossen. Die Eingangsstufe dieser Auswerteschaltung ist zwecks Unterdrückung von Gleichtaktstörungen als Differenzverstärkerstufe aufgebaut, insbesondere als "switched-capacitor-Verstärker" mit mehrstufig einstellbarer Verstärkung. Die nachgeschalteten Signalaufbereitungsstufen können ebenfalls in differentieller Schaltungstechnik ausgelegt sein. Dies gilt insbesondere für Bandpässe, Gleichrichter oder Integratoren. Die Ausgestaltung in switched-capacitor-Technik erlaubt eine kostengünstige und platzsparende Integration der notwendigen Analogfunktionen in Halbleiterprozessoren, beispielsweise in HCMOS-Technik.
Da die Ausgangsstufe der Signalaufbereitungsschaltung das Differenzsignal in ein unsymmetrisches Signal mit Massebezug umwandeln kann, das dann letztendlich dem Mikrocomputer zur Verfügung gestellt wird, lassen sich verschiedene Signalauswertungen realisieren. Bei einem Klopferkennungssystem, das mehrere Klopfsensoren, beispielsweise zwei Klopfsensoren umfaßt, die über jeweils zwei Eingänge mit der Signalaufbereitungsschaltung verbunden sind, können diese zwei Klopfsensoren symmetrisch, d. h. potentialfrei angeschlossen werden. In diesem Modus werden dann die Klopfsensorsignale voll differentiell verarbeitet.
Wird dagegen eine Signalaufbereitungsschaltung mit vier Eingängen eingesetzt, um bis zu vier Klopfsensoren auszuwerten, wird ein unsymmetrischer Betriebsmodus gewählt, bei dem die Klopfsensoren mit Massebezug an die Signalaufbereitungsschaltung angeschlossen werden. In diesem Modus dient eine in der Signalaufbereitungsschaltung erzeugte feste Referenzspannung Ur als Bezugsspannung für die differentielle Signalverarbeitung.
Weist die Signalaufbereitungsschaltung einen zusätzlichen von außen zugängigen Steuerpin auf, kann der Betriebsmodus jeweils von außen über diesen Steuerpin programmiert werden. Es kann also von außen der Betriebsmodus gewählt werden, so daß mit der gleichen Anzahl von Eingängen und der gleichen Signalaufbereitungsschaltung entweder zwei Klopfsensoren potentialfrei oder bis zu vier Klopfsensoren mit Massebezug anschließbar sind und es kann eine entsprechende Signalverarbeitung im einen oder anderen Betriebsmodus erfolgen.
Durch Wahl des Betriebsmodus lassen sich Sensoren mit ungeschirmten (twisted-pair)Leitungen zwischen Sensor und Signalaufbereitung oder auch Sensoren mit geschirmten Anschlußleitungen anschließen. Die Kombination der Schaltungsanordnung, die als Auswertebaustein aufgebaut sein kann, mit Klopfsensoren mit ungeschirmten Leitungen, ermöglicht eine einfache, kostengünstige und dennoch störsichere Realisierung eines Klopfauswertesystems. Im Ausführungsbeispiel wird eine Auswertung von Klopfsensorsignalen beschrieben, der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist jedoch nicht auf Klopfsensoren beschränkt sondern kann auch in Verbindung mit der Auswertung anderer Sensoren eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur störungsfreien Auswertung von Signalen, insbesondere von Ausgangssignalen wenigstens eines Klopfsensors, mit wenigstens zwei Eingängen, an die ein Sensor potentialfrei oder zwei Sensoren mit Massebezug anschließbar sind, mit einem Differenzverstärker, der mit den Eingängen in Verbindung steht und einer Ausgangsstufe, die das vom Verstärker gelieferte Differenzsignal gegebenenfalls in ein Signal mit Massebezug wandelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung in zwei Betriebsmoden betreibbar ist, wobei der erste Betriebsmodus bei potentialfreiem Anschluß mit symmetrischem Signal und der zweite Betriebsmodus bei potentialbezogenem Anschluß mit unsymmetrischem Signal verwendet wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsmodus von außen zwischen symmetrisch und unsymmetrisch umschaltbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl des Betriebsmodus von außen über einen Steuerpin programmierbar ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sensor oder den Sensoren und der eigentlichen Signalaufbereitungsschaltung ein passives Ankoppelnetzwerk vorhanden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das passive Ankoppelnetzwerk symmetrisch ist und einen ersten Kondensator (CL) zwischen den Anschlüssen des Sensors umfaßt und zwei weitere Kondensatoren (C1a, C2a), die einerseits mit dem Sensor in Verbindung stehen und andererseits über Widerstände (R1a, R2a) mit den Eingängen (E1, E2) der Signalaufbereitungsschaltung (S) verbunden sind und über Widerstände (R1b, R2b) mit einem Anschluß, an dem eine Referenzspannung (Ur) anliegt.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzverstärker (V) Signalverarbeitungsstufen, insbesondere wenigstens ein Bandpaß und/oder wenigstens ein Gleichrichter und/oder wenigstens ein Integrator nachgeschaltet sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente Verstärker, Bandpaß, Gleichrichter, Integrator in switched-capacitor-Technik aufgebaut sind.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe (A) der Signalaufbereitungsschaltung (S) über einen Analog-/Digital-Wandler mit einem Mikrocomputer in Verbindung steht und die Signalauswertung in diesem Mikrocomputer stattfindet.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Auswertung der Ausgangssignale von zwei Klopfsensoren, die über ungeschirmte Leitungen potentialfrei an je zwei Eingänge der Signalaufbereitungsschaltung angeschlossen sind oder zur Auswertung der Ausgangssignale von vier Klopfsensoren, die mit geschirmten Leitungen mit jeweils einem Eingang der Signalaufbereitungsschaltung in Verbindung stehen, verwendet wird.
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